《畢業(yè)設計 Z3040搖臂鉆床電氣控制線路的PLC改造 （總體設計）》

淮安市廣播電視大學 畢業(yè)設計（論文）書 題 目：Z3040搖臂鉆床電氣控制線路的PLC 改造 （總體設計） 年級專業(yè)： 04機電五（2）班 學生姓名： 苗 強 學 號： 0401090510 指導教師： 卞海玲 職 稱： 講師 導師單位： 淮安廣播電視大學 摘 要本論文是研究機械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改造問題,旨在解決傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復雜、可靠性穩(wěn)定性差、故障診斷和排除困難等難題。由于PLC電氣控制系統(tǒng)與繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，調(diào)試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環(huán)境要求低等一系列優(yōu)點。因此，本論文對Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的改造，將把PLC控制技術(shù)應用到改造方案中去，從而大大提高搖臂鉆床的工作性能。論文分析了搖臂鉆床的控制原理，制定了可編程控制器改造Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的設計方案，完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，其中包括PLC機型的選擇、I/O端口的分配、I/O硬件接線圖的繪制、PLC梯形圖程序的設計。對PLC控制搖臂鉆床的工作過程作了詳細闡述，論述了采用PLC取代傳統(tǒng)繼電器接觸器電氣控制系統(tǒng)從而提高機床工作性能的方法，給出了相應的控制原理圖。關鍵詞：可編程控制器，搖臂鉆床，梯形圖，電氣控制系統(tǒng)目 錄摘要.11緒 論. 31.1 本課題的選題背景和意義31.2 國內(nèi)外關于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)42 PLC的特點介紹52.1 PLC的組成52.2 PLC執(zhí)行用戶程序的過程82.3 PLC的等效電路83 Z3040搖臂鉆床介紹103.1 Z3040搖臂鉆床簡介103.2 主電路133.3 控制電路144 Z3040搖臂鉆床PLC改造164.1 Z3040搖臂鉆床電氣控制電路分析164.2 PLC選擇. 164.3 I/O地址分配及接線圖.174.4 PLC程序設計.184.5 改造中需注意的問題.185 結(jié)論（研究成果）19參考文獻.20附錄：程序1：z3040鉆床電氣控制梯形圖圖片1：z3040鉆床電氣原理圖1 緒論1.1 本課題的選題背景和意義鉆床是一種孔加工機床，可用來鉆孔、擴孔、絞孔、攻螺紋及修刮端面等多種形式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床等。搖臂鉆床是一種立式鉆床，它適用于單件或批量生產(chǎn)中帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常用的機床。搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)外立座、搖臂、主軸箱和工作臺等組成。搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正、反轉(zhuǎn)可沿外立柱作上下移動。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上可通過手輪操作使其在水平導軌上沿搖臂移動。加工時，根據(jù)工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱上下升降。在升降之前，應自動將搖臂松開，再進行升降，當達到所需的位置時，搖臂自動夾緊在立柱上。搖臂鉆床鉆削加工分為工作運動和輔助運動。工作運動包括：主運動（主軸的旋轉(zhuǎn)運動）和進給運動（主軸軸向運動）；輔助運動包括：主軸箱沿搖臂的橫向移動，搖臂的回轉(zhuǎn)和升降運動。鉆削加工時，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進給。鉆床的主運動是主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動。進給運動是鉆頭的上下移動。輔助運動是主軸箱沿搖臂水平移動，搖臂沿外立柱上下移動和搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。目前，我國的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式。因其所要控制的電機較多所以電路較復雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當中，經(jīng)常發(fā)生電氣故障，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復雜的控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器接觸器控制方式較難實現(xiàn)，所以，有必要對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改進設計。PLC電氣控制系統(tǒng)可以有效的彌補上述系統(tǒng)的這一缺陷。 可編程序控制器(PLC)是以微處理器為核心，將計算機技術(shù)、通信技術(shù)與自然控制技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。它克服了繼電器接觸器控制電路存在觸點多、組合復雜、通用性和靈活性差等缺點。它不僅具有各種邏輯控制功能，而且還具有各種運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制，同時還具有抗干擾性強、環(huán)境適應性好和可靠性高等特點。因而廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)各領域中。1.2 國內(nèi)外關于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)早在上世紀六十年代國外就已經(jīng)出現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的應用，之后世界各國爭相在該領域投入大量資金進行新產(chǎn)品的開發(fā)，在1995年西門子又成功地開發(fā)出了S7200、S7300系列，它具有 TD 200和 COROS OPS操作模板為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFD3US以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡能力，強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能；模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應過程事件，大幅度降低了成本。由于電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC的眾多優(yōu)點，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國內(nèi)PLC技術(shù)的應用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟和技術(shù)水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而且，由于線路復雜，要想找到問題所在也相當?shù)睦щy。和國外大量采用PLC技術(shù)替代繼電器接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距。隨著PLC技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進技術(shù)的差距會不斷縮小。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC技術(shù)的推廣與應用，是提高我國工業(yè)自動化水平的迫切任務，此次對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設計，就是希望借鑒國外先進的工業(yè)控制技術(shù)，應用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。2 PLC的特點介紹2.1 PLC的基本組成PLC的硬件系統(tǒng)主要有由中央微處理器(CPU) 、存儲器(ROM、RAM) 、輸入/輸出(I/O)接口、編程器、電源等組成）。（一）PLC的硬件結(jié)構(gòu)主機微處理器（CPU）控制器的核心存儲器（RAM、ROM）輸入、輸出部件（I/O部件）連接現(xiàn)場設備與CPU之間的接口電路電源部件為PLC內(nèi)部電路提供能源整齊結(jié)構(gòu)的PLC四部分裝在同一殼內(nèi)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成I/O的能力可按用戶的需要進行擴展和組合（擴展機）另外，還必須有編程器將用戶程序?qū)戇M規(guī)定的存儲器內(nèi)圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)1. 中央控制處理單元（CPU）可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。 通常微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機有8031、8096、等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機.2. 存儲器可編程控制器有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲器實現(xiàn)。 用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實現(xiàn)或固化到只讀存儲器中。3. 輸入輸出接口作用:連接用戶輸入輸出設備和PLC控制器，將各輸入信號轉(zhuǎn)換成PLC標準電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號轉(zhuǎn)換成用戶設備所要求的信號驅(qū)動外部負載。 對輸入輸出接口的要求：良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（開關量、模擬量、直流量、交流量）的匹配能力。PLC輸入輸出接口的類型：模擬量輸入輸出的接口、開關量輸入輸出的接口（直流、交流及直流）。用戶應根據(jù)輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。 開關量輸入接口電路各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使PLC與外部輸入信號進行隔離；并設有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。通常有三種類型：直流(1224)V輸入、交流(100120)V輸入與交流(200240)V輸入和交直流(1224)V輸入。直流輸入模塊的電源一般由機內(nèi)24v電源提供，輸入信號接通時輸入電流一般小于10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。 圖2 直接輸入接口開關量輸出接口電路有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。開關量輸出端的負載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。開關量輸出端的負載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。圖3 交直流輸出接口（繼電器輸出型）輸出端子的兩種接法：l 隔離式輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。l 匯點式全部輸入點（輸出點）共用一個公共點。或者將輸入點（輸出點）分成幾組，組內(nèi)各點共用一個公共點。各組的公共點之間相互隔離。組內(nèi)的各點必須使用同一電壓類型和同一電壓等級，各組可使用不同電壓類型和等級的負載。4. 電源PLC的供電電源一般是電網(wǎng)供電，也有用直流24V電源供電的。5. 外圍設備：編程器、打印機、演示板等利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。6. 用戶輸入輸出設備:用戶輸入器件有控制開關和檢測元件，即各種開關、按鈕、傳感器等；用戶輸出設備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。(二) PLC的軟件結(jié)構(gòu)在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分：1. 系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。2. 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運行。2.2 PLC執(zhí)行用戶程序的過程PLC執(zhí)行過程分為輸入采樣、程序處理和輸出刷新等三個階段。輸入采樣階段以掃描方式，順序讀入所有輸入端的狀態(tài)點（接通或斷開狀態(tài)），并將此狀態(tài)輸入寄存器中，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，即使輸入狀態(tài)變化，輸入寄存器的內(nèi)容也不會改變，狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才能被讀入。程序執(zhí)行總是按先后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進行掃描。當遇到跳轉(zhuǎn)指令時則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)。當指令涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器中讀取信息，并根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入輸出映像寄存器中，對輸出寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。2.3 PLC等效電路PLC是如何工作的呢？看圖4 PLC控制的等效電路，PLC控制的等效電路由三部分組成：（1）輸入控制部分。該部分接收操作指令（如：啟動按鈕、停止按鈕等）和被控對象的各種狀態(tài)信息（如：行程開關、接近開關等）。PLC的每一個輸入點對應一個內(nèi)部輸入繼電器，當輸入點與輸入COM端接通時，輸入繼電器線圈通電，它的常開觸點閉合、常閉觸點斷開；當輸入點與輸入COM斷開時，輸入繼電器線圈斷電，它的常開觸點斷開、常閉觸點閉合。（2）控制部分。這一部分是用戶編制的控制程序，通常用梯形圖表示，如圖4所示?？刂瞥绦蚍旁赑LC的用戶程序存儲器中。系統(tǒng)運行時，PLC依次讀取用戶存儲器中的程序語句，對它的內(nèi)容進行解釋并執(zhí)行，又將輸出的結(jié)果送到PLC的輸出端子，以控制外部負載的工作。 （3）輸出部分。該部分根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果直接驅(qū)動負載。在PLC內(nèi)部有多個輸出繼電器，每個輸出繼電器對應一個硬觸點，當程序執(zhí)行的結(jié)果使輸出繼電器線圈通電時，對應的硬輸出觸點閉合，控制外部負載的動作。例如，圖4的輸出觸點01000，01001，分別連結(jié)接觸器KM1、KM2的線圈，控制兩個線圈通電或斷電。 圖4PLC控制的等效電路圖 梯形圖是從繼電器控制電路原理圖演變而來的。PLC內(nèi)部的繼電器并不是實際的硬繼電器，每個內(nèi)部繼電器都是PLC內(nèi)部存儲單元。因此，稱為“軟繼電器”，梯形圖是由這些“軟繼電器”組成的控制線路，他們并不是真正的物理連接，而是邏輯關系的連接，稱為“軟連接”。PLC內(nèi)部繼電器線圈用表示，常開觸點用表示，常閉觸點用表示。當存儲單元某位狀態(tài)為1時，相當于某個繼電器線圈得電；當該位狀態(tài)為0時，相當于該繼電器線圈斷電。軟繼電器的常開觸點、常閉觸點可以在程序中使用次數(shù)不受限制。PLC為用戶提供的繼電器一般有：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、特殊功能繼電器、移位繼電器、定時器/計數(shù)器等。其中，輸入、輸出繼電器一般與外部輸入輸出繼電器相連接，而其它繼電器與外部設備沒有直接聯(lián)系?，F(xiàn)在看一上圖4的控制原理：當按下SB1時，輸入繼電器00000的線圈通電，00000常閉觸點閉合，使輸出繼電器01000線圈得電，01000對應的硬輸出觸點閉合，KM1得電，M1開始運轉(zhuǎn)。同時，01000的一個常開觸點閉合并自鎖，時間繼電器TIM 000的線圈通電開始延時，10后TIM 000的常開觸點閉合，輸出繼電器01001的線圈得電，01001對應的硬輸出觸電閉合，KM2得電，M2開始運轉(zhuǎn)。當按下SB2時，輸入繼電器00001的線圈通電，00001的常閉觸電斷開，01000、TIM 000的線圈均斷電，01001的線圈也斷電，01000，01001的兩個硬輸出點隨之斷開，KM1、KM1斷電，M1、M2停轉(zhuǎn)。 3 Z3040搖臂鉆床介紹3.1 Z3040搖臂轉(zhuǎn)床簡介搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成, 下面以Z3040型搖臂鉆床為例,分析其電氣控制，如圖5所示。內(nèi)立柱固定在底座的一端,在它外面套著外立柱,外立柱可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)360,搖臂的一端為套筒,它套在外立柱上,借助絲杠的正反轉(zhuǎn)可使搖臂沿外立柱作上下移動,由于該絲杠與外立柱連為一體,而升降螺母固定在搖臂上,所以搖臂只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主軸箱是一個復合部件,它由主傳動電動機、主軸和主軸傳動機構(gòu)、進給和變速機構(gòu)以及機床的操作機構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導軌上,可以通過手輪操作使其在水平導軌上沿搖臂移動。如圖5所示主軸箱可在搖臂上移動，并隨搖臂繞立柱回轉(zhuǎn)的鉆床(見圖搖臂鉆床)搖臂還可沿立柱上下移動，以適應加工不同高度的工件。較小的工件可安裝在工作臺上，較大的工件可直接放在機床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應用于單件和中小批生產(chǎn)中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種?；綋u臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座可沿床身導軌移動，以擴大加工范圍，適用于鍋爐橋梁機車車輛和造船等行業(yè)。萬向搖臂鉆床的搖臂除可作垂直和回轉(zhuǎn)運動外，并可作水平移動，主軸箱可在搖臂上作傾斜調(diào)整，以適應工件各部位的加工。此外，還有車式壁式和數(shù)字控制搖臂鉆床等。圖5 搖臂轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)及運動情況示意圖（1） 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)及運動情況 鉆削加工時,主軸旋轉(zhuǎn)為主運動;主軸的縱向進給為進給運動。此時,主軸箱由夾緊接置將其緊固在搖臂水平導軌上,外立柱緊固在內(nèi)立柱上,搖臂緊固在外立柱上,然后進行鉆削加工,輔助運動有:搖臂沿外立柱的垂直移動;主軸箱沿搖臂長度方向的水平移動;搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運動。為了加工各種旋轉(zhuǎn)表面，鉆床必須具有鉆削運動和輔助運動。鉆削運動包括主運動和進給運動，而除此之外的所有運動都稱之為輔助運動鉆床的主運動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動，由主軸通過卡爪帶動刀具旋轉(zhuǎn)，它承受鉆削加工時的主要切削功率。根據(jù)工藝要求，主軸應有不同的切削速度。主軸變速是由主軸電動機經(jīng)V帶傳遞到主軸變速箱實現(xiàn)的。鉆床的進給運動是搖臂的左右或上下直線運動，其運動形式有手動和機動兩種。加工螺紋是工件的旋轉(zhuǎn)和刀具的移動之間有嚴格的比例關系，所以主運動和進給運動采用同一臺電動機來拖動。鉆床主軸箱輸出軸經(jīng)掛輪箱傳給進給箱，進行鉆削或攻絲。鉆床的輔助運動是鉆床上除鉆削運動以外的其他一切必需的運動。如搖臂的快速移動和模具的夾緊與放松（2） 搖臂鉆床的電力拖動特點及控制要求(1)搖臂鉆床運動部件較多,為簡化傳動裝置,采用多電動機拖動。 (2)搖臂鉆床為適應多種形式的加工,要求主軸及進給有較大的調(diào)速范圍。主軸一般速度下的鉆削加工常為恒功率負載;而低速時主要用于擴孔、餃孔、攻螺紋等加工,這時則為恒轉(zhuǎn)矩負載。 (3)搖臂鉆床的主運動與進給運動皆為主軸的運動,為此這兩種運動由一臺主軸電動機拖動,分別經(jīng)主軸傳動機構(gòu)、進給傳動機構(gòu)實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)和進給。所以主軸變速機構(gòu)與進給變速機構(gòu)都裝在主軸箱內(nèi)。(4)為加工螺紋,主軸要求正、反轉(zhuǎn)。搖臂鉆床主軸正反轉(zhuǎn)一般采用機械方法來實現(xiàn),這樣主軸電動機只需單方向旋轉(zhuǎn)。 (5)搖臂的升降由升降電動機拖動,要求電動機能正、反轉(zhuǎn)。 (6)內(nèi)外立柱的夾緊與放松、主軸箱與搖臂的夾緊與放松可采用手柄機械操作、電氣一機械裝置、電氣一液壓裝置或電氣一液壓一機械裝置等控制方法來實現(xiàn)。若采用液壓裝置則備有液壓泵電動機,拖動液壓泵供出壓力油來實現(xiàn)。 (7)搖臂的移動嚴格按照搖臂松開移動搖臂夾緊的程序進行。因此,搖臂的夾緊放松與搖臂升降按自動控制進行。 (8)根據(jù)鉆削加工需要,應有冷卻泵電動機拖動冷卻泵,供出冷卻液進行刀具的冷卻。 (9)具有機床安全照明和信號指示。 (10)具有必要的聯(lián)鎖和保護環(huán)節(jié)（3 ） Z3040型搖臂鉆床的電氣控制Z3040型搖臂鉆床在機械上有兩種結(jié)構(gòu)型式,相應的電氣控制也有兩種型式,下面以沈陽生產(chǎn)的Z3040型搖臂鉆床為例進行分析，下圖6所示為Z3040搖臂鉆床原理圖。 圖6 Z3040型搖臂鉆床電路圖 3.2 主電路主電動機M1：KM1單向起?？刂扑鼮橐粋€“單向運轉(zhuǎn)型主電路”，由接觸器KM2控制主軸電動機M1電源通斷；熱繼電器KR的熱元件為主軸電動機M1的過載保護元件。搖臂升降M2：KM2、KM3，正反轉(zhuǎn)控制它是一個“正、反轉(zhuǎn)型電源主電路”，由接觸器KM2控制其正轉(zhuǎn)電源的通斷，接觸器KM3控制其反轉(zhuǎn)電源的通斷。液壓泵機M3：KM4、KM5，正、反轉(zhuǎn)（夾/松）控制由接觸器KM4液壓泵電動機M4正轉(zhuǎn)電源的通斷，有接觸器KM5控制液壓泵電動機M4反轉(zhuǎn)電源的通斷。冷卻泵M4: 組合開關SA1單向手動控制圖7所示：冷卻泵電動機M1主電路很簡單，由轉(zhuǎn)換開關SA1控制其電源的通斷。將SA1扳道接通位置，冷卻泵電動機M4通電啟動運轉(zhuǎn)；將SA1扳道斷開位置，冷卻泵電動機M4斷電停轉(zhuǎn)。圖7 Z3040型搖臂鉆床主電路3.3 控制電路主電動機控制（如圖8）：o SB1、SB2、KM1構(gòu)成主軸電動機的起?？刂齐娐罚琀L3用作運行指示。o 搖臂上升過程分析（夾緊時壓下SQ3 ）: 按下SB3KT通電電磁閥YA線圈通電、KM4線圈通電 液壓泵電機M3正轉(zhuǎn)、壓力油進入搖臂夾緊油缸右腔 搖臂松開壓下Q2KM4線圈斷電M3停止放松（此時SQ3恢復為常態(tài)，YA線圈仍通電） 。 壓下的Q2 KM2線圈通電搖臂升降電機M2正轉(zhuǎn)搖臂上升升至需要高度時，松開SB3或搖臂壓下限位開關SQ1時 KT線圈斷電延時、KM2線圈斷電M2停止上升 。 KT線圈斷電延時13SKM5線圈通電液壓泵電機M3反轉(zhuǎn) 搖臂夾緊壓下SQ3KM5、YA線圈斷電M3停止。夾緊完畢，搖臂上升的全部過程結(jié)束。圖8 Z3040型搖臂鉆床控制電路o 主軸箱與立柱,外立柱與內(nèi)立柱間的夾緊、松開（兩者同時進行）如圖9：松開：按下SB5KM4線圈通電液壓泵電動機M3正轉(zhuǎn)，電磁鐵YA線圈不通電，泵入的壓力油進入主軸箱和立柱液壓缸右腔主軸箱和立柱同時松開 直至位置開關SQ4復位HL1作松開狀態(tài)指示，此時松開按鈕SB5，放松過程結(jié)束。夾緊：按下SB6KM5線圈通電液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)、YA線圈不通電，泵入的壓力油進入主軸箱和立柱液壓缸左腔主軸箱和立柱同時夾緊 直至壓下位置開關SQ4HL2作夾緊狀態(tài)指示，此時，松開按鈕SB6，夾緊過程結(jié)束。圖9 Z3040型搖臂鉆床控制電路 4 Z3040搖臂鉆床PLC改造介紹用PLC改造Z304016（）型搖臂鉆床繼電器控制電路，詳細闡述了改造設計過程，包括繼電器控制電路分析、PLC機型選擇、I/O地址分配及接線、PLC程序設計、以及改造中注意的問題。 4.1 Z304016()型搖臂鉆床電氣控制電路分析 （1）采用4臺電動機拖動，主電機M1、搖臂升降電機M2、液壓泵電機M3及冷卻泵電機M4。4臺電機均采用直接啟動控制。 （2）控制電路設有總啟動按鈕SB1和總停止按鈕SB7。（3）搖臂升/降動作按照“搖臂松開、升/降、“搖臂夾緊”順序進行，由于搖臂松開行程開關SQ2于夾緊行程開關SQ3來控制。在搖臂夾緊前，由時間繼電器KT1延時1-3s后再夾緊。（4）立柱和主軸箱的松開、夾緊可以單獨操作，也可以同時進行，由于轉(zhuǎn)換開關SA、松開按鈕SB5和夾緊按鈕SB6來控制。利用時間繼電器KT2的斷電延時斷開觸點延時斷開觸指、KT3的通電延時閉合觸指、實現(xiàn)電磁鐵YA1、YA2相對于液壓泵電機接觸器提前吸合、延時斷開的控制。（5）主電機M1和液壓泵電機M3分別沒有熱繼電器FR1、FR2作長期過載保護。 (6)機床設有4個信號指示燈：電源指示燈HL1、立柱和主軸箱松開指示燈HL2、立柱和主軸箱夾緊指示燈HL3、主軸電動機旋轉(zhuǎn)指示燈HL4。4.2 PLC選擇1 確定I/O點數(shù) 在改造中盡可能使用原有電器、根據(jù)原有控制電路來計算I/O點數(shù)。其中：按鈕8個、行程開關5個、轉(zhuǎn)換開關1個（3個位置）、共計輸入點數(shù)16個；接觸器5個、電磁鐵2個、指示燈3個（電源指示燈HL1接線保持線不變），共計輸出點數(shù)10個。2 選擇PLC機型 根據(jù)確定的I/O點數(shù)，考慮留有一定的裕量、選擇OMRON公司的CPM1A-30DR-型PLC，此型號PLC輸入點數(shù)為18個，輸出點數(shù)為12個，繼電器輸出、使用電源為AC100240V.4.3 I/O地址分配及接線圖1 I/O分配表見表I。2. 根據(jù)表I設計I/O接線圖，如圖10，其中接觸器、電磁鐵及指示燈的電源仍采用原有的110V及6.3V電源供電，不改動。圖10 I/O接線圖4.4 PLC程序設計根據(jù)原有繼電器控制電路、加以分析改進，編制梯形圖，如圖11：圖11 梯形圖4.5 改造中必須注意的幾個問題（1） 選擇PLC機型時，要留有一定的裕量，為日后系統(tǒng)的修改及工藝的變更提供方面。（2） 原有繼電器控制電路較復雜，利用繼電器控制電路PLC的梯形圖時，要特別注意3個時間繼電器。電路中3個時間的延時斷開型、通電延時閉合型，在梯形圖中，需要設計不同的指令結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)3種不同的延時控制。（3） 在梯形圖中，對液壓泵電機正反轉(zhuǎn)控制進行了互鎖，實現(xiàn)雙重保護、避免電源短路，有效保證安全。（4） 為保護安全、各熱繼電器常閉觸指不作為PLC輸入端，直接接在輸入端，對負載電路進行保護控制。結(jié)束語：利用PLC對機床控制系統(tǒng)進行改造后，簡化了控制線路，維護方面、降低了設備運行的故障率、提高了設備運行的穩(wěn)定性及使用率。5 結(jié)論（研究成果）通過Z3040型搖臂鉆床的電氣控制的學習，先讓我們了解其作用、結(jié)構(gòu)、特點，再深入到各器件的作用、原理，最后進行其控制線路的原理分析、線路接線、試車調(diào)試、及故障排除。實施效果：通過自主學習，了解了搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)特點和運動形式，通過自己設計電路、選擇器件并安裝調(diào)試來完成項目的，最終還要在熟悉操作的基礎上進行故障排除，不僅訓練我們的操作技能，也培養(yǎng)了我們的溝通能力、學習能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力等綜合素質(zhì)?？偟膩碚f本次研究還是不錯的。 參考文獻 1 劉涳.常用低壓電路與可編程控制器M.西安：西安電子科技大學出版社，20052 OMRON公司.OMRON可編程序控制器操作手冊Z.19973 丁學恭.電器控制與PLCM.杭州:浙江大學出版社,20044 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù)M.北京:北京航空航天大學出版社,2003.4 樓曉春.基于PLC控制變頻調(diào)速的龍門刨床主拖動系統(tǒng)改造J.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新20